啤酒发酵.ppt

第四节 啤酒发酵技术, 一、啤酒酵母 1、啤酒酵母的繁殖方法 （1）无性繁殖 啤酒酵母主要以发芽方式进行繁殖。 形成芽胞细胞核分裂芽胞长大脱落 在正常的营养状态下，都以无性繁殖方法进行繁殖。,2、啤酒酵母的分类P109 1、培养酵母 培养酵母是在野生酵母经过长时间的驯养，反复使用和验证，具有正常的生理状态和特性的酵母。 工艺最低发酵温度：911；最高3537。 2、野生酵母 野生酵母广泛存在于自然界和啤酒厂中，它不为生产所控制利用。是与培养酵母的形态和特性不同的酵母。野生酵母的存在会导致啤酒产生不良气味和啤酒的混浊。,上面酵母和下面酵母： 上面酵母：又称为表面酵母或顶面酵母，因为上面酵母出芽后，新细胞并不很快分开，而是互相连着，形成芽簇，发酵产生的CO2气泡也被酵母所包围；另外，由于上面酵母具有与CO2相反电荷，相互吸引结团，这些簇团比重较发酵液轻，浮在表面。 下面酵母：酵母细胞发芽后很少互相连接，酵母和CO2气泡带有相同的电荷，故发酵生产中产生的大量CO2气泡很快脱离细胞而上升，下面的酵母则是始终漂浮在发酵液中，发酵终了时，下面酵母由于由于自身凝结，而使细胞互相凝结成块，结块密度大于发酵液的密度而沉于发酵容器的底部。,发酵度表示麦芽汁接种酵母后浸出物被发酵的程度。（用F表示）,（3） 絮凝性酵母 介于粉末型酵母和凝聚性酵母之间，发酵减弱后，酵母开始形成并不紧密的絮状沉淀，发酵结束时，器底形成较多沉淀，经振荡，酵母较快分散，静置一段时间，又能重新沉降。,粉末型酵母和凝聚性酵母区别：,啤酒酵母体内的主要酶类及其性质,麦芽糖酶：水解麦芽糖为葡萄糖 转化酶：葡萄糖苷酶 棉籽糖酶 蜜二糖酶 酒化酶：酵母酒精发酵系列酶类 蛋白质分解酶类,酵母分类,见书p111-112,3、优良酵母的评估 （1）形态学上的要求 （A）细胞的形态： 短轴：长轴=1：1.01.5，优良菌株在1：1.11.3之间。 （B）细胞大小： 大型细胞 6.88.0 8.09.0m 中小型细胞 (3.66.5) (6.08.0) m, （2）具备特点 能从麦芽汁中有效的吸取生长和代谢所需要的营养物质。 酵母繁殖速度块。 代谢的产物能赋予啤酒良好的风味。 发酵结束后能顺利地从发酵液中分离出来。, （3）发酵力的要求 （A）酵母麦汁极限发酵度 实际上主要反映酵母对麦汁中麦芽三糖的发酵能力和发酵极限。 （B）起酵速度 起酵时间麦汁接种酵母发酵后，酵母适应新环境，有一个明显的滞缓期，以后细胞数增值至（2025） 106个/ml，发酵液表面有白泡沫出现，从接种至起白沫总称为起酵时间。,（C）发酵速度 快速发酵菌株，不但缩短发酵周期，而且发酵快，PH降低快，有利于获得淡爽风格的啤酒，啤酒稳定性好。 （D）啤酒主发酵度 优秀啤酒的发酵度大多在5568%。, 4、啤酒酵母扩大培养 （1）扩大培养流程,种子扩大的意义？,实验室扩大培养阶段,斜面原菌种,1l培养瓶 （20，2436h),10ml液体试管 （25，2436h),斜面活化 （25，34d),100ml培养瓶 （25，24h),25l卡氏罐 （14-16，3648h),5l培养瓶 （16-18，24-36h),生产现场扩大培养阶段,25l卡氏罐,250l汉生罐 （12-14，23d),1500l培养罐 （10-12，3d),10000l卡氏罐 （9-11，3d),20000l卡氏罐 （8-9，7-8d),零代酵母, （2）出发菌株的选择 （3）扩培过程的无菌操作 （4）优良的培养基 （5）恰当的扩大比例, （6）恰当的移种时间 （A）培养时间估算法 在优良麦汁培养基中，正确的扩大培养，酵母饱和期细胞数可达90120 106个/ml，移种在对数后期浓度一般为75 106个/ml。,（B）降糖判别法 一般控制麦汁还原糖降至1/32/5。 移种太早，虽然芽生率高，但细胞太嫩，不但会延迟下一级扩大培养时间，而且会增加下一级酵母死亡率；移种太迟，虽然细胞数多，下一级培养后细胞大小差异大。, （7）严格控制培养条件 （A）温度 采用逐级递降温度培养法 试管（28） 小锥形瓶（25 ） 大锥形瓶（23 ） 卡氏罐（ 20 ） 汉生罐（ 1315 ） 一级繁殖罐（ 1213 ） 二级繁殖罐（ 1112 ） 发酵（ 10 ）,（B）通风 通风不足是影响酵母增殖促进细胞衰退的主要因素，但我们培养啤酒的目的是为了酵母进行后面的厌氧发酵，如果一味追求细胞数，过度通氧，也会造成酵母细胞呼吸酶活性太强，而酵母酶活性不足，影响以后的发酵。 在实验室培养阶段：一般48h振荡一次。 汉生罐、繁殖罐：溶氧控制水平从6.03.0mg/L逐级降低。,振荡的作用？,空气压缩机图片, （8）汉生罐的留种 作为留种汉生罐，应注意培养时间。 留下10%15%，再补充新的麦汁。 定期更换麦汁。,作业 1、按酵母絮凝特性来分类，啤酒酵母可分为哪几类？ 2、卡氏酵母最适生长温度是31.634 ,为什么实际生产的扩大培养过程中却采用逐级递降温度培养法? 3、在酵母菌种的扩大培养中，工艺控制应该注意哪些？, 二、啤酒发酵机理p108 糖类的发酵： 1/2C12H22O121/2H2O2C2H5OH2CO2 啤酒酵母的可发酵糖和发酵顺序 葡萄糖 果糖 蔗糖 麦芽糖 麦芽三糖,随着麦芽汁中的固形物的分解，发酵程度的进行，糖分逐渐被低比重的乙醇和CO2替代， 所以麦芽汁的浓度也逐渐下降，亦浸出物的浓度逐渐下降，下降的百分比称为发酵度。 真正发酵度 x100,发酵后，不用蒸馏排除酒精，用糖度计直接测出发酵液的比重，可以得出外观发酵度。 外观发酵度 一般来说，外观发酵度一般比真正发酵度高约10，经验值为：真正发酵度外观发酵度0.819 正常情况下，外观发酵度多为7085，真正发酵度为6070,麦汁含氮物质的转化 啤酒发酵初期，接种啤酒酵母必须通过吸收麦汁中的含氮化合物，用于合成酵母细胞蛋白质、核酸和其他含氮化合物，繁殖细胞。 活的啤酒酵母只能分泌很少的蛋白酶，只能从麦汁中吸收氨基酸、二肽、三肽等低肽氮化合物，而且二肽、三肽吸收能力很低。 啤酒酵母不能全部吸收麦汁中氨基酸，对a-氨基酸的吸收率波动在5070%之间。,啤酒中风味物质的代谢 高级醇 醛与酮 脂肪酸和其它有机酸 酯类 连二酮 硫化物,高级醇 （A）高级醇形成的代谢途径 降解代谢途径(Ehrlish途径) 氨基酸被转氨为a-酮酸 酮酸脱羧成醛 醛还原为醇 合成代谢途径 糖生成a-酮酸酮酸脱羧成醛醛还原为醇,（B）高级醇对啤酒风味的影响 高级醇100mg/L，啤酒口味变差,酮和酯类 啤酒中主要酮类是丙酮，含量微，对啤酒风味无明显影响。 啤酒中酯类含量约控制在2550ppm，如果过量会因为酯类所特有的味影响啤酒的风味。影响酯类形成的因素主要有： 酵母菌种、发酵液接种量、发酵温度、通风量、麦芽汁浓度、发酵方法,醛类p117 对啤酒风味影响较大的是乙醛、糠醛和反-2-壬烯醛。,糠醛主要由麦芽和酒花的酚酸在麦芽汁煮沸过程中转化得到，其不能被酵母同化而进入啤酒。发酵过程经脱氢酶还原成糠醇，可使其含量下降。 反-2-壬烯醛的形成是啤酒老化的主要原因，生成机理是脂类和游离脂肪酸的酶促和非酶促氧化。氧和氧化作用是造成啤酒老化的主要原因，应避免氧化反应。,连二酮 连二酮是双乙酰和2，3戊二酮的总称。 2，3戊二酮在啤酒中含量较低，对啤酒风味不起什么作用。 双乙酰（丁二酮）对啤酒风味起主要作用，其风味界限值（阈值）为0.15ppm，含量过高就会出现馊饭味。,影响双乙酰生成的因素 酵母菌种 不同酵母菌种产生双乙酰能力不同，对双乙酰还原能力也不同。 繁殖期的幼酵母、贮存时间过长的酵母、传代过多的酵母、营养不良的酵母等还原双乙酰能力较弱。 麦芽汁中的氨基酸的种类和含量 麦芽汁中缬氨酸含量高可减少乙酰乳酸的生成，从而减少双乙酰的形成。,巴氏灭菌前的a-乙酰乳酸含量 若啤酒杀菌前的a-乙酰乳酸含量高，高温时遇到氧气将形成较多的双乙酰。 生产过程的染菌情况 若发酵生产中污染杂菌，双乙酰含量明显会升高。 酵母自溶情况 若酵母细胞自溶后的a-乙酰乳酸进入啤酒，经氧化转化为双乙酰。,降低双乙酰的措施 改善麦汁成分，提高麦汁中缬氨酸的含量 通过反馈作用，抑制从丙酮酸合成缬氨酸的支路代谢作用； 一般，12%的麦汁的a-氨基酸含量应控制在180ml/L以上。 加速a-乙酰乳酸的分解速度 提高发酵温度 通风搅拌 降低接种麦汁的PH值至4.4左右,利用酵母还原双乙酰 主发酵结束前适当保持较高的发酵温度，或者进行后发酵时保存适量的酵母，利用酵母的还原酶，将双乙酰还原为2，3丁二醇。 利用CO2洗涤，排除双乙酰 利用后发酵产生的CO2，或人工充CO2进行洗涤，可将挥发性的双乙酰带走。 控制酵母的增殖量。 a-乙酰乳酸是在酵母繁殖期形成的，适当增加酵母接种量，有利于减少双乙酰的产生。 优良酵母菌种的选育,酸类 啤酒中的酸类约有100种，酸是啤酒的主要呈味物质。 适量的酸赋予啤酒柔和和清爽的口感。 啤酒中的总酸来自麦芽等原料、糖化发酵的反应产物、水和工艺加酸。 啤酒中的酸类含量最多是乙酸，其对啤酒风味影响较大。若发酵前期污染野生酵母、醋酸菌或发酵后期污染异型乳酸菌，就会产生大量乙酸。因此，啤酒中有机酸的种类、含量可作为判断发酵是否正常的标志。,影响发酵的主要因素 1、麦芽汁成分（原料） 2、发酵温度（工艺） 啤酒发酵一般采用低温发酵，其原因： 防止或减少细菌污染； 最高酵母细胞浓度低，同化氨基酸少，形成的双乙酰、高级醇等副产物少； pH下降缓慢； 酒花香气损失少； 酵母自溶少，使用代数多。,3、罐压 罐压增高，二氧化碳浓度增高，酵母的增殖受到抑制。 4、pH 酵母发酵最适pH为56，过高、过低都会影响发酵速度和代谢产物的种类、数量，从而影响啤酒的发酵和产品质量。 5、代谢产物 乙醇的积累将逐步抑制酵母的发酵作用。,作业 1、啤酒酵母的可发酵性糖的发酵顺序是怎样？ 2、为什么要降低啤酒中的双乙酰含量？如何降低啤酒中的双乙酰含量？ 3、啤酒为什么要采取低温发酵？ 4、影响啤酒发酵的主要因素有哪些？, 三、啤酒发酵技术 一般将啤酒发酵技术分为传统发酵技术和现代发酵技术。 在传统发酵生产中，每批定型麦芽汁经过添加酵母、前发酵（酵母增殖）、主发酵、后发酵和贮酒等阶段。其流程：,1、酵母的添加 传统发酵常采用低温缓慢发酵，酵母接种量小。 酵母的回收和利用：发酵结束后，可回收酵母泥作为下次使用。酵母泥常带有较多泡盖物质和衰老酵母，需用无菌酸水洗涤、分离后，才能使用。,设置酵母添加槽，其目的： 活化经低温水贮养的酵母，缩短发酵过程中的迟滞期。 使酵母增殖到一定的数量，并自然升温到酵母起发的温度。 分离去除酵母泥中死细胞、冷凝固物等沉淀物。,2、前发酵 接种酵母后，有较长（数小时至十小时）生长滞缓期，才能进入出芽繁殖，当酵母克服生长滞缓期，发酵麦汁表面开始起沫，此阶段为前发酵。 前发酵阶段糖降不明显，外观浓度降在0.51.0。P，温度自然升高0.7 1.0 。,酵母恢复阶段： 此阶段，酵母细胞基本不繁殖。 有氧呼吸阶段： 细胞膜形成后，恢复了渗透性，酵母立即以可发酵性糖为主要能量来源，在氧的作用下进行繁殖。同时，肝糖再行积累。,3、主发酵 无氧呼吸阶段： 可发酵性糖被分解成乙醇和二氧化碳，可发酵性糖进行酵解的顺序：葡萄糖果糖 蔗糖 麦芽糖 麦芽三糖。 根据发酵液表面现象的不同，可以将主发酵过程分为4个阶段：起泡期、高泡期、落泡期、泡盖形成期。p123,起泡期 在麦汁表面逐渐出现更多的泡沫，由四周渐渐拥向中间，洁白细腻，厚而紧密。 维持12天，每天温度上升0.50.8 ，不需人工降温。 每天消糖0.50.8。P。,高泡期 发酵3天后，泡沫增高，形成卷曲隆起，高达2530厘米，并因酒内酒花树脂和蛋白质-单宁氧化物开始析出而逐渐变为棕黄色。 一般维持23天，为发酵旺盛期，大量释出热量，需要用冰水冷却。 每天降糖1.52.0。P。,落泡期 发酵5天后，发酵力逐渐减弱，二氧化碳气泡减少，泡沫回缩，酒内析出物增多，泡沫由棕黄色变为棕褐色。 一般维持2天左右，控制液温每天下降0.5 。 每天消糖0.50.8。P。,泡盖形成期 发酵78天后，泡沫回缩，形成一层褐色苦味的泡盖，厚度约为24厘米。 此时，发酵已进入末期，在大幅度降温情况下，酵母大量凝集沉淀，可发酵性糖已大部分降解，每天消糖0.20.4。P，发酵最后一天，急剧降温。,4、主发酵过程的控制(p124) 温度的控制 国内啤酒工厂大多使用下面发酵酵母菌种，允许发酵温度范围为616 ，正常范围为812 ，在此范围内的温度可以称为“主发酵温度”。,浓度的控制 如果发酵旺盛，消糖快，则需适当降低发酵最高温度和缩短最高温的保持时间；反之则需延长最高温保持时间或采取缓慢降温的办法，以促进消糖。 时间的控制 在一定的麦汁成分，酵母活性和一定的发酵度要求下，发酵时间主要取决于发酵温度。发酵温度高，则发酵时间短，反之亦然。,例如：主发酵降糖速度慢的原因？ 麦芽汁组成不良。 酵母质量差。 发酵温度控制不当。 麦芽汁pH控制不当。,5、主发酵的下酒条件控制 下酒：传统啤酒发酵中将主发酵池的嫩啤酒转移到后发酵罐的操作称为下酒。 下酒的可发酵性糖：保留足够又不过剩的发酵糖并能在后发酵全部发酵，一般保留在后发酵中增加10%发酵度的糖类。 下酒的温度：下酒温度应根据下酒时双乙酰的含量和后发酵时间而定。,下酒的酵母细胞浓度： 有了可发酵性糖，有适宜的发酵温度，后发酵能否顺利进行，还必须依赖于有相当数量的活性啤酒酵母。下酒的酵母细胞浓度常控制在（1020）106个/mL。,如何促使发酵较快成熟？ 衡量发酵液成熟的方面： 生酒味的去除。 啤酒的进一步老熟。 发酵液澄清和二氧化碳的饱和。 控制良好的后发酵过程将有利于啤酒的成熟，而较高的下酒温度、较多的可发酵性糖类和酵母细胞数是保证后发酵旺盛的基本条件。,6、后发酵和贮酒的作用 下酒后，由于嫩啤酒还含有少量的可发酵性糖类，加上酵母的再次悬浮和下酒时嫩啤酒吸收了一定数量的氧，在贮酒罐内会再次出现一个较为旺盛的发酵过程，称为后发酵。 实际上，嫩啤酒进入贮酒罐以后到啤酒成熟为止的整个过程可分为3个内容： 开口发酵期：二氧化碳驱除生酒味。 封口发酵期：后发酵的后期。 贮酒期：酵母与颗粒沉淀，二氧化碳溶解于饱和，缓慢的酯化反应。,后发酵和贮酒的作用 A）糖类继续发酵； B）增加CO2的溶解； C）促进啤酒的成熟； D）促进啤酒的澄清。,7、贮酒期控制 从封罐开始到酒成熟的天数称为酒龄。传统低温长时间贮酒要6090天，经过改进后缩短至1530天。 8、后处理 后处理是在后发酵、贮酒期间，通过采取一定的工艺措施或一些添加剂，达到改善啤酒质量、加速啤酒成熟的目的。,后发酵的管理,工艺控制 下酒方法 贮酒室温度的调节 贮酒罐的压力调节 后发酵时间,啤酒大容量发酵罐发酵 目前国内多采用圆筒锥底大型发酵罐发酵 （1）单酿罐发酵：前发酵、主发酵、后发酵、贮酒全部在一个罐中完成； （2）两罐法发酵： 前发酵、主发酵在发酵罐完成，后发酵和贮酒在贮酒罐完成； 前发酵、主发酵、后发酵在发酵罐完成，贮酒在贮酒罐完成。, 2、圆筒体锥底发酵罐发酵的优点 A）加速发酵 B）厂房投资节省 C）冷耗节省 D）发酵罐清洗消毒可实现自动化 E）便于无菌操作 F）便于酵母的排放和回收,圆筒体锥底发酵罐,主要包括：罐体、温控、操作附件、仪表,CIP清洗站,CIP清洗配料罐,被清洗罐,热水,酸、碱、清洗剂,CO2的洗涤和回收,CO2 收集洗涤压缩干燥净化液化和贮存气化使用或外买,啤酒发酵的管理和注意事项,防止染菌的管理（人，机，物，料，环） 节能的注意（冷热源的循环利用，中水回用，冷凝